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嵌入式软件体系架构 博学公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外,还要求支持以下功能: ①设备由多个处理机模块组成,需要时外场可快速更换(即LRM结构)。 ②应用软件应与硬件无关,便于软硬件的升级。 ⑨由于宇航嵌入式设备中要支持不同功能,系统应支持完成不同功能任务间的数据隔离。 ④宇航设备可靠性要求高,系统要有故障处理能力。 公司在接到此项任务后,进行了反复论证,提出三层栈(TLS)软件总体架构,如图12-7所示,并将软件设计工作交给了李工,要求其在3周内完成软件总体设计工作,给出总体设计方案。 用150字以内的文字,说明公司制定的TLS软件架构的层次特点,并针对上述功能需求①~④,说明架构中各层内涵。

问答题
2023-03-06 14:06
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正确答案
TLS结构框架的主要特点如下:
①应用软件仅与操作系统服务相关,不直接操作硬件。
②操作系统通过模块支持原软件访问硬件,可与具体硬件无关。
③模块支持层将硬件抽象成标准操作。
④通过三层栈的划分可实现硬件的快速更改与升级,应用软件的升级不会引起硬件的变更。
TLS结构框架的各层内涵如下:
①应用层主要完成宇航设备的具体工作,由多个功能任务组成,各功能任务间的隔离由操作系统层实现。
②操作系统层实现应用软件与硬件的隔离,为应用软件提供更加丰富的计算机资源服务。操作系统为应用软件提供标准的API接口(如POSIX),确保了应用软件的可升级性。
③模块支持层为操作系统管理硬件资源提供统一管理方法,用一种抽象的标准接口实现软件与硬件的无关性,达到硬件的升级要求,便于硬件的外场快速更换。

试题解析

标签: CMS专题
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下列任务不是在嵌入式产品设计初期,即需求分析阶段完成的任务是( )

下面是关于基于ARM内核的典型嵌入式系统硬件组成的叙述:
Ⅰ.典型嵌入式硬件系统包括完成模拟量和数字量输入功能的前向通道
Ⅱ.典型嵌入式硬件系统包括完成模拟量和数字量输出功能的后向通道
Ⅲ.典型嵌入式硬件系统包括人机交互通道(例如键盘或触摸屏等输入接口及LED或LCD显示等输出接口)
Ⅳ.典型嵌入式硬件系统包括相互互连通信通道(例如以太网接口、USB接口等)
上述叙述中,正确的是()。

现代嵌入式系统的设计方法是将系统划分为硬件和软件两个独立的部分,然后按各自的设计流程分别完成。

嵌入式操作系统是嵌入式系统的核心软件,以下( )不属于嵌入式操作系统。
嵌入式系统软件的开发通常采用()
嵌入式系统硬件的组成部分是()
请详细阅读有关嵌入式软件架构设计方面的描述,回答问题1和问题2。 在嵌入式系统中,软件采用开放式架构已成为新的发展趋势。软件架构设计的优劣将直接影响软件的重用和移植能力。 某软件公司主要从事宇航领域的嵌入式软件研发工作。经二十多年的发展,其软件产品已被广泛应用于各种航天飞行器中。该公司积累了众多成熟软件,但由于当初没有充分考虑软件的架构,原有软件无法被再利用,为适应嵌入式软件技术发展需要,该公司决策层决定成立宇航嵌入式软件开放式架构研究小组,为公司完成开放式架构的定义与设计,确保公司软件资源能得到充分利用。研究小组查阅了大量的国外资料和标准,最终将研究重点集中在了SAEAS4893《通用开放式架构(GOA)框架》标准,图20-1给出了GOA定义的架构图。 如图20-1所示,GOA框架规定了软件、硬件和接口的结构,以在不同应用领域中实现系统功能。GOA框架规定了一组接口,其重要特点是建立了关键组件及组件间接口关系,这些接口的确定可用于支持软件的可移植性和可升级性,以满足功能的增加和技术的更新要求。除操作系统服务与扩展操作系统之间的接口(3X)外,GOA将其他接口分为两类:即直接接口(iD(i=1,2,3,…))和逻辑接口(iL(i=1,2,3,…)),直接接口定义了信息传输方式;逻辑接口定义了对等数据交换的要求,逻辑接口没有定义真正的信息传输方式,其传输发生在一个或多个直接接口。根据图13-22所标注的接口在框架中的具体位置,请填写表20-1的(1)~(8)处空白。
嵌入式软件体系架构 博学公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外,还要求支持以下功能: ①设备由多个处理机模块组成,需要时外场可快速更换(即LRM结构)。 ②应用软件应与硬件无关,便于软硬件的升级。 ⑨由于宇航嵌入式设备中要支持不同功能,系统应支持完成不同功能任务间的数据隔离。 ④宇航设备可靠性要求高,系统要有故障处理能力。 公司在接到此项任务后,进行了反复论证,提出三层栈(TLS)软件总体架构,如图12-7所示,并将软件设计工作交给了李工,要求其在3周内完成软件总体设计工作,给出总体设计方案。 用150字以内的文字,说明公司制定的TLS软件架构的层次特点,并针对上述功能需求①~④,说明架构中各层内涵。
甲公司承担了一项为宇航系统配套生产高性能嵌入式计算机系统的任务,用户要求该系统要具有高速并发处理能力、低功耗、高可靠性,并可以有效地防止系统故障的蔓延。根据用户对本项目的要求,甲公司成立了软/硬件两个项目组,总体设计由硬件组承担,负责高性能嵌入式计算机系统体系结构设计,软件组负责确定软件的技术需求和应用软件开发平台的软件设计工作。 在处理器选型方面,硬件组王工与软件组张工在讨论采用哪种CPU体系结构方面发生争议。目前,流行的处理器结构包括单核结构、多处理器结构、超线程结构、多核结构、共享Cache的多核结构和超线程技术的多核结构共6种,如图12-20所示。 王工提出,根据用户要求,本嵌入式系统应具有高速并行处理能力,采用多处理器结构比较适合,主要理由是多处理器结构设计简单、可支持多个进程在不同处理器上并发处理:而张工提出,必须分清"多处理器结构"与"多核结构"的优点和缺点,多处理器结构虽然支持多进程的并发处理,但没有直接实现多线程并发执行;多核结构可以直接实现多线程并发执行。要提高应用的并行性就必须利用多个硬件资源的并行工作,建议采用超线程技术的多核结构的处理器。请填写图12-20(f)中的(1)~(8),并用300字以内的文字对上述6种处理器结构的工作原理进行简要描述。
博学公司最近签订了一份控制系统软件的研制合同。合同技术要求如下: ①本控制系统的软件运行平台拟采用嵌入式实时操作系统,控制系统的工作周期为10ms,要求控制软件能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出。 ②为了提高整个系统的可靠性,控制系统采用容错处理,即用两个相对独立的计算机承担相同的工作,通过交叉对比,实现控制的双余度管理;当任何一台计算机出现故障时,系统可以进行单余度控制。系统结构如图12-21所示。 ③在10ms工作周期内的时间分配如表12-15所示。 公司总工程师将本项任务交付给项目主管李工程师实施,要求李工按双方合同要求完成本项目的策划、需求分析和方案设计工作,重点强调系统的可靠性要求,并特别提示:目前比较流行的嵌入式操作系统普遍采用可抢占式优先级调度策略,不能满足用户关于"能够精确地按事先预定的时间顺序完成数据的采集、处理和输出"的要求。 如图12-22所示为控制软件的数据流程关系,请根据本题给出的各个功能模块,填补其中的空缺处。
嵌入式系统的构架中,一般软件亦分为()和应用软件两个主要部分。
嵌入式软件体系架构 博学公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外,还要求支持以下功能: ①设备由多个处理机模块组成,需要时外场可快速更换(即LRM结构)。 ②应用软件应与硬件无关,便于软硬件的升级。 ⑨由于宇航嵌入式设备中要支持不同功能,系统应支持完成不同功能任务间的数据隔离。 ④宇航设备可靠性要求高,系统要有故障处理能力。 公司在接到此项任务后,进行了反复论证,提出三层栈(TLS)软件总体架构,如图12-7所示,并将软件设计工作交给了李工,要求其在3周内完成软件总体设计工作,给出总体设计方案。 在TLS软件架构的基础上,关于选择哪种类型的嵌入式操作系统问题,李工与总工程师发生了严重分歧。李工认为,宇航系统是实时系统,操作系统的处理时间越快越好,隔离意味着以时间作代价,没有必要,建议选择类似于VxWorks5.5的操作系统;总工程师认为,应用软件间隔离是宇航系统安全性要求,宇航系统在选择操作系统时必须考虑这一点,建议选择类似于Linux的操作系统。 请说明两种操作系统的主要差异,完成表12-8中的空白部分,并针对本任务要求,用200字以内的文字说明你选择操作系统的类型和理由。
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请详细阅读有关嵌入式软件架构设计方面的描述,回答问题1和问题2。
在嵌入式系统中,软件采用开放式架构已成为新的发展趋势。软件架构设计的优劣将直接影响软件的重用和移植能力。
某软件公司主要从事宇航领域的嵌入式软件研发工作。经二十多年的发展,其软件产品已被广泛应用于各种航天飞行器中。该公司积累了众多成熟软件,但由于当初没有充分考虑软件的架构,原有软件无法被再利用,为适应嵌入式软件技术发展需要,该公司决策层决定成立宇航嵌入式软件开放式架构研究小组,为公司完成开放式架构的定义与设计,确保公司软件资源能得到充分利用。研究小组查阅了大量的国外资料和标准,最终将研究重点集中在了SAEAS4893《通用开放式架构(GOA)框架》标准,图20-1给出了GOA定义的架构图。

某研究所承担了一项宇航嵌入式系统的研制任务,本项任务技术难度大、可靠性要求高、进度要求紧,预计软件规模约在一万行以上。而该所原先承担的相关项目均是用汇编语言编写(软件规模较小,一般是几百行)。项目主管工程师将软件开发的论证工作分别布置给了王工和李工,要求他们根据本项目的技术要求,在一周内分别提出软件的实施方案。
①该宇航嵌入式系统由数据处理机、信号处理机及数据采集模块组成。信号处理机主要通过数据采集模块将大量不同时间周期的外部数据采集进来,进行预处理(如FFT变换)后提交给数据处理机;数据处理机根据功能要求完成各种计算处理工作,并将结果输出。为了达到数据处理机和信号处理机的标准化,这两类处理机均采用同种处理机的体系结构(如PowerPC7410)。整个系统工作的最大周期为1s,最小周期为5ms。数据处理机上任务分布如表12-16所示。
②一周后,王工和李工提交了各自的实施方案,其共同之处在于二者均提出采用操作系统及相应的软件开发环境。但是,王工和李工在选择什么样的操作系统及开发环境方面出现了较大分歧。王工的实施方案指出,为了满足本项目的技术要求,并有利于本所软件的长期发展,应选用具有硬实时处理能力的嵌入式实时操作系统及开发环境(如VxWorks);而李工的实施方案指出,操作系统主要完成对计算机资源的管理与分配工作,考虑到人们对操作系统及软件开发工具的熟悉程度,本项目应选用具有大众化的、开发人员容易上手的嵌入式操作系统(例如,WindowsCE、Linux)。
③在两人争执不下的情况下,项目主管工程师组织了相关专家对王工和李工提交的实施方案进行了评审。最后,专家组一致认为王工的方案切实可行,操作系统的选型论证充分、客观,可以作为本所未来几年中相关项目的软件开发的基本环境。同时专家组还就具体实施选择嵌入式实时操作系统及开发环境产品时应着重考虑的相关问题提出了几点建议。

无论是基于PC机,还是嵌入式系统,数字视频记录设备都是以()为平台的。
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硬件是嵌入式系统运行的载体,也是嵌入式系统的基础,嵌入式系统硬件的选择包括硬件平台和嵌入式处理器的选择、外围设备的选择和接口电路的选择。以下关于硬件平台的选择的描述中,说法错误的是(35)
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